Transferência de calor de sódio para magnésia passa por teste de armazenamento

Jun 07, 2023

Postado em5 de dezembro de 202211 de julho de 2023AutoraSusan Kraemer

Teste de protótipo de tijolos de magnésia no laboratório de sódio em escala de bancada, financiado pela ASTRI. Image@Desenvolvimento de um protótipo de armazenamento de energia térmica em leito empacotado com sódio como fluido de transferência de calor

Pesquisadores solares estão testando armazenamento de energia térmica em tijolos cerâmicos de magnésia empilhados – usando um metal líquido; sódio, como fluido de transferência de calor. Os tijolos de magnésia serão mantidos em leito embalado em um único tanque de armazenamento; portanto, ele conterá o sódio líquido tanto no estado quente quanto no estado “resfriado” (150°C), utilizando armazenamento em termoclina.

O processamento solar térmico concentrado (CST) para a indústria pesada requer materiais de alta temperatura. Tanto o sódio líquido quanto a magnésia são adequados para esse armazenamento de energia em alta temperatura.

A necessidade de armazenar energia não se tornou apenas um problema com as energias renováveis ​​de hoje. O gás sempre foi armazenado em vastas cavernas subterrâneas. O petróleo é armazenado em enormes tanques subterrâneos e em reservas nacionais de petróleo. O carvão é empilhado fora das centrais eléctricas ou aguarda a bordo de vagões de comboio que se movem lentamente através dos continentes.

O armazenamento é necessário para a rede elétrica. No CSP, forma térmica da energia solar, o armazenamento é térmico; em sais fundidos quentes. Estes transferem calor e também o armazenam a cerca de 560°C. Este tipo de energia solar utiliza uma central térmica para gerar eletricidade a partir do vapor, como uma central a carvão ou nuclear. Esses sistemas de turbina a vapor precisam apenas de uma temperatura de cerca de 400°C.

Agora, o armazenamento é ainda mais crucial à medida que a energia solar térmica concentrada (CST) começa a substituir a queima de combustíveis fósseis no fornecimento de calor para processos industriais. Esses processos devem ocorrer 24 horas por dia, em temperaturas mais altas, de 800°C ou mais, no verão e no inverno.

Para atingir temperaturas mais elevadas, os investigadores do CST estão a estudar novas tecnologias para transferir calor e mantê-lo quente. Uma maneira é dividir a tarefa entre dois materiais. Um fluido mais adequado para transferir altas temperaturas pode aquecer um material sólido mais capaz de armazenar o calor.

Por esta razão, pesquisadores da área de CST estão investigando fluidos de transferência de calor e materiais de armazenamento térmico que funcionam bem juntos e podem atingir temperaturas mais altas.

Uma equipe da Australian National University (ANU) propõe testar uma nova combinação. Seu artigo, Desenvolvimento de um protótipo de armazenamento de energia térmica em leito empacotado com sódio como fluido de transferência de calor e uma apresentação SolarPACES2022 descreve seu trabalho.

Eles estão testando o sódio líquido como fluido de transferência de calor e armazenando o calor em tijolos de magnésia comercial de baixo custo, que, como cerâmica, podem absorver e reter o calor melhor do que a maioria das rochas. O sódio tem uma faixa de trabalho entre 100°C e 800°C, muito mais quente e uma faixa de trabalho muito mais ampla do que os sais fundidos (290°C a 565°C).

“Portanto, o sódio é potencialmente um fluido muito interessante para sistemas de alta temperatura devido à sua capacidade de alta temperatura e ampla faixa de líquidos”, disse o autor principal Joe Coventry, professor associado da ANU. “E os tijolos de magnésia apresentam boa estabilidade termodinâmica em contato com o sódio a 750°C. Além disso, eles são apenas um produto comercial padrão usado como revestimento refratário na fabricação de aço. Você pode comprá-los a granel. Não se preocupe com o abastecimento.”

Seguindo sua modelagem no FactSage identificando a cerâmica promissora; magnésia, a equipe construiu um protótipo em escala de bancada no laboratório de sódio da universidade. Aqui testará a precisão das simulações do desempenho deste sistema de leito empacotado.

Nessa forma de armazenamento de energia térmica, pedras, seixos ou areia que suportam temperaturas muito altas são acondicionadas em um recipiente. O material sólido é aquecido por um fluido de transferência de calor – um gás ou líquido. Gases como o ar ou o CO2 supercrítico podem transportar temperaturas muito altas.

Localizar as melhores cerâmicas para leitos empacotados com metais líquidos para o fluido de transferência de calor é outra área de interesse de pesquisa em alta temperatura, por exemplo, no Laboratório de Metal Líquido do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), liderado por Klarissa Niedermeier.